RU2075265C1

RU2075265C1 - METHOD OF MULTI-STATION COMMUNICATION FOR LOW-ORBITAL SATELLITE SYSTEMS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Info

Publication number: RU2075265C1
Application number: RU94009148/09A
Authority: RU
Inventors: Георгий Иванович Тузов
Original assignee: Георгий Иванович Тузов
Priority date: 1994-03-17
Filing date: 1994-03-17
Publication date: 1997-03-10

Abstract

1. Способ многостанционной связи для низкоорбитальных спутниковых систем, включающий операции излучения абонентскими станциями сигналов синхронизации и сигналов, модулированных информацией, перекоммутации на спутнике-ретрансляторе сигналов, модулированных информацией, и их излучения на разных частотах пространственно разнесенными лучами при использовании временного уплотнения и фазовой манипуляции, излучения ретранслятором собственного сигнала синхронизации, прием абонентскими станциями сигнала синхронизации со спутника-ретранслятора и предназначенных им сигналов, модулированных информацией, отличающийся тем, что на спутнике-ретрансляторе осуществляют формирование и излучение широкополосного псевдослучайного сигнала синхронизации с фазовой манипуляцией по всей ширине спектра передачи со спутника-ретранслятора и по всей пространственной зоне обслуживания, разделенной на соты с плотностью мощности, постепенно увеличивающейся от центра зоны к ее краям, модулируют его служебной информацией, предназначенной для управления системой связи, проводят режекцию участков спектра указанного сигнала синхронизации, совпадающих в моменты излучения со спектром излучаемых спутником-ретранслятором сигналов, переносящих информацию, при постоянстве излучаемой мощности сигнала синхронизации, осуществляют на спутнике-ретрансляторе контроль мест расположения всех абонентских станций относительно пространственных сот, образованных лучами бортовой антенны спутника-ретранслятора, осуществляют прием пакетов информации от абонентских станций и запоминание информационной их части, определение по преамбуле пакетов рассогласований по несущей частоте и задержке кода относительно эталонов, расположенных на спутниках-ретрансляторах с последующим их запоминанием осуществляют извлечение из памяти, формирование и излучение групп пакетов информации в заданных временных интервалах, предназначенных для передачи в разные пространственные соты, с преамбулами, включающими рассогласования для каждой из абонентских станций, при этом все абонентские станции осуществляют прием сигнала синхронизации с спутника-ретранслятора и выделение служебной информации с одновременной режекцией участка спектра-сигнала синхронизации, совпадающего со спектром сигналов, переносящих информацию для той пространственной соты, в которой находится данная абонентская станция, осуществляют компенсацию в передатчиках с автоподстройкой доплеровского смещения по несущей и тактовой частотам, с использованием принятого со спутника-ретранслятора сигнала синхронизации, осуществляют автоподстройку собственных передатчиков по несущей частоте и задержке кода с использованием значений рассогласований, выделенных из упомянутой преамбулы, посылают запрос на спутник ретранслятор о необходимости связи с другими абонентскими станциями путем излучения передатчиком с автоподстройкой нескольких периодов псевдослучайного радиосигнала с кодом, выделенным для вызова спутника-ретранслятора с заранее установленной индивидуально для каждой из абонентских станций задержкой, идентифицируют на спутнике-ретрансляторе по принятому сигналу вызова и его задержке номер вызывающей абонентской станции и пространственную соту, в которой она находится, и сообщают с помощью кода вызывающей абонентской станции выделенный ей временной интервал и внутренний код для двухсторонней связи с спутником ретранслятором, при этом вызывающая абонентская станция в выделенном ей временном интервале путем модуляции внутреннего кода сообщает на спутник-ретранслятор номер вызываемой абонентской станции, отождествляемый на спутнике-ретрансляторе с его координатами и пространственной сотой расположения, а при свободной вызываемой абонентской станции с использованием ее абонентского кода со спутника-ретранслятора поступает вызов, одновременно задающий временной интервал и внутренний код для двухсторонней связи со спутником-ретранслятором, причем вызываемая абонентская станция по получении вызова со спутника-ретранслятора осуществляет начальную синхронизацию передатчика с автоподстройкой и в выделенном временном интервале сообщает на спутник-ретранслятор о готовности к связи путем модуляции выделенного внутреннего кода, после чего на спутнике-ретрансляторе выделяют и сообщают двум абонентским станциям временные интервалы и номера внутренних кодов для организации двухсторонней связи, причем временные интервалы выделяют из условия удобства маршрутизации пакетов с учетом сот расположения абонентских станций, после чего каждая абонентская станция устанавливает внутренние коды в передатчике и приемнике, обеспечивает формирование информации в цифровом виде и ее временную компрессию, приводит ее многоосновное кодирование выделенным внутренним кодом и излучение сигнала в отведенном временном интервале с преамбулой, включающей несколько периодов внутреннего кода с фиксированной задержкой, или несколько периодов кода, выделенного группе абонентских станций, а абонентские станции осуществляют выделение предназначенных им пакетов, демодуляцию, декомпрессию и выделение переданной им информации.1. A multi-station communication method for low-orbit satellite systems, including the operation of subscriber stations emitting synchronization signals and information modulated signals, reconnecting information modulated signals on a satellite transponder and spatially separated beams at different frequencies using time multiplexing and phase manipulation, radiation by the repeater of its own synchronization signal, reception by subscriber stations of the synchronization signal from the satellite-retra a transmitter and its intended signals, modulated by information, characterized in that the repeater satellite generates and emits a broadband pseudo-random synchronization signal with phase shift keying over the entire width of the transmission spectrum from the repeater satellite and over the entire spatial coverage area, divided into cells with power density , gradually increasing from the center of the zone to its edges, modulate it with service information intended to control the communication system, conduct a notch sections of the spectrum of the specified synchronization signal, coinciding at the moments of radiation with the spectrum of signals transmitted by the relay satellite, transmitting information with a constant synchronized signal power, control the locations of all subscriber stations relative to the spatial cells formed by the beams of the onboard antenna of the relay satellite on the repeater satellite receive information packets from subscriber stations and memorize their information part, determine by pream At the carrier frequency and code delay discrepancies packets relative to the standards located on the relay satellites with their subsequent storage, the groups of information packets are retrieved from the memory, formed and emitted at specified time intervals intended for transmission to different spatial cells, with preambles including the discrepancies for each of the subscriber stations, while all subscriber stations receive the synchronization signal from the satellite-relay and the allocation of service information with simultaneous rejection of the portion of the spectrum of the synchronization signal, coinciding with the spectrum of signals that carry information for the spatial cell in which the subscriber station is located, compensate for transmitters with automatic Doppler shift in carrier and clock frequencies using the received from the satellite a repeater of the synchronization signal, they automatically adjust their own transmitters according to the carrier frequency and code delay using the mismatch values extracted from the aforementioned preamble, they send a request to the satellite repeater about the need to communicate with other subscriber stations by emitting by the transmitter with automatic tuning several periods of a pseudo-random radio signal with a code allocated for calling the relay satellite with a delay pre-set individually for each of the subscriber stations, identify on the satellite - the repeater, according to the received call signal and its delay, the number of the calling subscriber station and the spatial cell in which it finds and, using the code of the calling subscriber station, inform them of the time interval allocated to it and the internal code for two-way communication with the satellite repeater, while the calling subscriber station, in the time interval allocated to it, by modulating the internal code, reports the number of the called subscriber station identified on the repeater satellite to repeater satellite with its coordinates and spatial location cell, and with a free called subscriber station using its subscriber code with satellite The relay repeater receives a call that simultaneously sets the time interval and the internal code for two-way communication with the relay satellite, and the called subscriber station, upon receipt of the call from the relay satellite, carries out the initial synchronization of the transmitter with auto-tuning and informs the relay satellite of the readiness in the allocated time interval to communication by modulating the selected internal code, after which time intervals are allocated and reported to two subscriber stations on the repeater satellite s and numbers of internal codes for the organization of two-way communication, moreover, time intervals are distinguished from the conditions of convenience of packet routing taking into account the location cells of subscriber stations, after which each subscriber station sets internal codes in the transmitter and receiver, ensures the generation of information in digital form and its time compression, it leads to its multi-basis coding by the selected internal code and the signal emission in the allotted time interval with a preamble including several periods inside code has a fixed delay or a few periods of code allocated to the group of subscriber stations and the subscriber stations perform the selection of packets destined to them, demodulation, decompression, and selection of information transmitted to them.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что код, выделенный абонентским станциям для вызова спутника-ретранслятора с установленной индивидуальной для каждой абонентской станции задержкой, дополнительно модулируют коротким сообщением, например, о номере вызываемой абонентской станции, которое на спутнике-ретрансляторе демодулируют и выделяют. 2. The method according to p. 1, characterized in that the code allocated to the subscriber stations for calling the repeater satellite with a delay set individually for each subscriber station is additionally modulated with a short message, for example, about the number of the called subscriber station, which is demodulated on the repeater satellite and emit.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют межспутниковую связь с соседними спутниками-ретрансляторами аналогично связи, устанавливаемой между спутником-ретранслятором и одной из абонентских станций, при этом каждый из спутников-ретрансляторов по принципу построения сети выполняет роль либо абонентской станции, синхронизируемой с соседнего спутника-ретранслятора, либо спутника-ретранслятора, от которого синхронизируют другие спутники-ретрансляторы, на спутниках ретрансляторах проводят определение времени выхода из общей зоны обслуживания каждой из абонентских станций или из пространственной соты облучения одного из пространственных лучей, причем каждую абонентскую станцию информируют об этом с одновременным представлением ей рекомендации о переходе на связь с наиболее благоприятным спутником-ретранслятором на новых частоте и временном интервале другого пространственного луча, после чего абонентская станция одновременно с поддержанием связи переходит на прием сигнала синхронизации от рекомендованного спутника-ретранслятора, устанавливает новые частоту и временной интервал и синхронизирует по данному спутнику-ретранслятору передатчик с автоподстройкой по частоте и задержке, осуществляет некоторое время передачу информации на оба спутника-ретранслятора, а на спутниках-ретрансляторах с использованием межспутниковых линий связи обеспечивают согласование прохождения потоков информации от абонентских станций по времени, после чего осуществляют синхронный автоматический переход абонентских станций на связь только через новый спутник-ретранслятор. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that they perform inter-satellite communication with neighboring relay satellites in the same way as communication established between a relay satellite and one of the subscriber stations, each satellite relay according to the principle of network construction, either a subscriber station synchronized from a neighboring repeater satellite or a repeater satellite from which other repeater satellites synchronize, on the repeater satellites, they determine the exit time from her service areas of each of the subscriber stations or from the spatial cell of the irradiation of one of the spatial beams, and each subscriber station is informed about this while presenting her with recommendations on switching to communication with the most favorable relay satellite at a new frequency and time interval of another spatial beam, after whereupon the subscriber station, while maintaining communication, switches to receiving a synchronization signal from the recommended repeater satellite, establishes a new frequency and time interval and synchronizes with this repeater satellite a transmitter with automatic adjustment in frequency and delay, transmits information for some time to both repeater satellites, and on repeater satellites using inter-satellite communication lines provide coordination of the flow of information from subscriber stations via time, after which the synchronous automatic transition of subscriber stations to communication is carried out only through a new satellite relay.

4. Способ по пп.1 или 2, или 3, отличающийся тем, что в одних и тех же временных интервалах передают несколько пакетов информации разными внутренними кодами, на ретрансляторе измеряют уровни входных сигналов, определяют сигналы с повышенной или пониженной мощностью и в преамбуле пакетов передают уровни ее корректировки, а абонентские станции регулируют мощности своих передатчиков. 4. The method according to claims 1 or 2, or 3, characterized in that at the same time intervals transmit several packets of information with different internal codes, measure the levels of input signals on a repeater, determine signals with increased or reduced power and in the packet preamble transmit levels of its adjustment, and subscriber stations regulate the power of their transmitters.

5. Способ по пп.1 или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что с абонентских станций, расположенных в опорных точках с точно известными координатами, передают информацию о координатах этих опорных точек и навигационных поправках, полученных в результате сравнения точно известных координат с полученными в результате оценок по навигационным спутникам, демодулируют указанную информацию на спутнике-ретрансляторе с последующей модуляцией ею излучаемого с ретранслятора сигнала синхронизации и ее демодуляцией заинтересованными абонентскими станциями. 5. The method according to claims 1 or 2, or 3, or 4, characterized in that from subscriber stations located at reference points with precisely known coordinates, information is transmitted on the coordinates of these reference points and navigation corrections obtained by comparing exactly known coordinates with the resulting estimates from navigation satellites, demodulate the specified information on the repeater satellite, followed by its modulation of the synchronization signal emitted from the repeater and its demodulation by interested subscriber stations iai.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что получаемую от абонентских станций, расположенных в опорных точках с точно известными координатами, навигационную информацию коммутируют на спутнике-ретрансляторе, передают каждым из пространственно разнесенных лучей в заранее определенных временных интервалах и установленных внутренних кодах и выделяют ее затем заинтересованным абонентским станциям. 6. The method according to claim 5, characterized in that the navigation information is received from subscriber stations located at reference points with precisely known coordinates, relay satellite, transmit each of the spatially separated beams in predetermined time intervals and established internal codes and then allocate it to interested subscriber stations.

7. Устройство для осуществления способа многостанционной связи для низкоорбитальных спутниковых систем по п.1, содержащее на спутнике-ретрансляторе приемопередающую фазированную антенную решетку с модулятором и высокочастотной частью, приемник сигналов связной и служебной информации, блок формирования сигнала синхронизации и служебной информации, синтезатор сетки частот, антенну для передачи сигнала синхронизации с высокочастотной частью, блок формирования пакетов с буферной памятью, абонентскую станцию, включающую приемопередающую антенну с высокочастотной частью передатчика, приемник сигналов с высокочастотной частью и каналами выделения информации, приемник сигнала синхронизации, содержащий тракт автоподстройки частоты, схему слежения за задержкой, связанные между собой перекрестной связью, и канал выделения служебной информации, передатчик с автоподстройкой по частоте и задержке кода, включающий контур автоподстройки частоты и схему слежения за задержкой, блок формирования цифровой информации с устройством ее сжатия, буферной памятью и формирователем пакета, блок управления, отличающееся тем, что на спутнике-ретрансляторе между блоком формирования сигнала синхронизации и антенной для передачи сигнала синхронизации подключают режекторные фильтры, соединенные по управляющему входу с блоком управления, вводят дискриминаторы частоты и задержки, соединенные с буферной памятью и формирователем преамбулы, вход и выход которых подключены соответственно к линейному выходу приемника сигналов связной и служебной информации и к входу блока формирования пакетов с буферной памятью, выход которого соединен с приемопередающей фазированной решеткой с модулятором и высокочастотной частью, вводят генераторы кода синхронизации внутренних и абонентских кодов, управляемых от единого тактового генератора и сфазированных между собой, причем генератор внутренних кодов соединен с блоком формирования пакетов и дискриминаторами частоты и задержки, соединенные с буферной памятью и формирователем преамбулы, также введен приемник вызова борта, представляющий собой согласованный фильтр, соединенный по входу с приемником сигналов связной и служебной информации, а по выходам - с блоком управления и с формирователем вызова абонентской станции, на абонентской станции введен блок компенсации доплеровского смещения, а между контуром фазовой автоподстройки частоты и приемником сигналов с высокочастотной частью и каналами выделения информации введены режекторные фильтры, управляющий вход которых подключен к выходу блока управления, в схему слежения за задержкой приемника сигнала синхронизации вводят генераторы кода синхронизации абонентских кодов и внутренних кодов, синхронизированных и сфазированных между собой, при этом генератор внутренних кодов соединяют с дискриминатором задержки передатчика с автоподстройкой по частоте и задержке кода, в схему слежения за задержкой передатчика с автоподстройкой вводят генератор кода вызова ретранслятора и генератор внутренних кодов, синхронизированные и сфазированные между собой и последовательно соединенные сумматор напряжения, генератор тактовой частоты, и схема сканирования, выход которой подключен к входу генератора кода вызова передатчика с автоподстройкой, вход которой соединен с выходом введенной в передатчик с автоподстройкой схемы поиска и начальной синхронизации передатчика, вход которой соединен с выходом приемника сигналов с высокочастотной частью и каналом выделения информации, в тракт автоподстройки передатчика введен сумматор, выход которого, а также выход сумматора входящего в схему слежения за задержкой передатчика с автоподстройкой по частоте и задержке кода подключены к блоку компенсации доплеровского смещения. 7. The device for implementing the multi-station communication method for low-orbit satellite systems according to claim 1, comprising a transceiver phased array antenna with a modulator and a high-frequency part on a repeater satellite, a receiver for communication and service information signals, a synchronization signal and service information generation unit, a frequency grid synthesizer , an antenna for transmitting a synchronization signal with a high-frequency part, a packet forming unit with a buffer memory, a subscriber station including a transceiver an antenna with a high-frequency part of the transmitter, a signal receiver with a high-frequency part and channels for extracting information, a synchronization signal receiver containing a self-tuning frequency path, a delay tracking circuit connected by cross-coupling, and a channel for extracting service information, a frequency and delay-tuned transmitter a code including a frequency-tuning loop and a delay tracking circuit, a digital information generation unit with a compression device, a buffer memory and a shaper keta, a control unit, characterized in that on the repeater satellite, notch filters connected to the control input to the control unit are connected between the synchronization signal generating unit and the antenna for transmitting the synchronization signal, frequency and delay discriminators connected to the buffer memory and the preamble driver are introduced, the input and output of which are connected respectively to the linear output of the receiver of signals of communication and service information and to the input of the packet forming unit with buffer memory, the output of which connected to the transceiver phased array with a modulator and a high-frequency part, generators of the synchronization code of internal and subscriber codes controlled from a single clock generator and phased between each other are introduced, the internal code generator being connected to a packet forming unit and frequency and delay discriminators connected to the buffer memory and the shaper of the preamble, a board call receiver is also introduced, which is a matched filter connected at the input to a signal receiver and service information, and at the outputs - with the control unit and with the shaper of the subscriber station call, a Doppler shift compensation unit is introduced at the subscriber station, and notch filters are introduced between the phase-locked loop and the signal receiver with the high-frequency part and the information extraction channels, whose control input is connected to the output of the control unit, generators of the synchronization code of subscriber codes and internal codes are inserted into the tracking circuit for the delay of the receiver of the synchronization signal, sync onized and phased among themselves, while the internal code generator is connected to the transmitter delay discriminator with auto-tuning in frequency and code delay, the repeater call code generator and the internal code generator are introduced into the tracking delay circuit of the transmitter with auto-tuning, synchronized and phased between each other and connected in series a voltage adder, a clock generator, and a scanning circuit whose output is connected to the input of the transmitter call code generator with auto-tuning whose input is connected to the output of the transmitter search and initial synchronization circuit introduced into the transmitter with automatic tuning, the input of which is connected to the output of the signal receiver with a high-frequency part and an information extraction channel, an adder is inserted into the transmitter auto-tuning path, the output of which, as well as the output of the adder included in a transmitter delay tracking circuit with auto-tuning in frequency and code delay is connected to the Doppler shift compensation unit.